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Die
Erfindung betrifft einen elektronischen Selektivauslöser mit
- – mindestens
einem Strom-Messwertgeber, der Primärströme abbildende Signale liefert,
- – einer
Verarbeitungseinheit mit selektiven, unverzögerten Auslösemitteln, die mit dem Strom-Messwertgeber verbunden
sind und einen Auslösebefehl
in Abhängigkeit
von durch den genannten Messwertgeber gelieferten Signalen liefern.
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Elektronische
Auslöser
bekannter Bauart umfassen normalerweise Verarbeitungseinheiten zur Ausführung der
thermischen bzw. langzeitverzögerten,
der magnetischen bzw. kurzzeitverzögerten sowie der unverzögerten Schutzfunktionen.
Um die Selektivität
zwischen zwei in Reihe oder in Kaskade geschalteten Leistungsschaltern
zu gewährleisten,
ist es bekannt, einen vorgeschalteten Leistungsschalter mit hohem
Nennstrom und einen nachgeschalteten Leistungsschalter mit niedrigem
Nennstromn zu verwenden. In diesem Fall ist die Selektivität bezüglich der
unverzögerten
Auslösung
stromabhängig.
Der Ansprechwert der unverzögerten
Auslösung
des nachgeschalteten Leistungsschalters ist dabei kleiner als der
Ansprechwert des vorgeschalteten Leistungsschalters.
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Es
besteht auch die Möglichkeit,
eine zeitabhängige
Selektivität
zwischen zwei Leistungsschaltern vorzusehen. In diesem Fall weist
der Auslöser des
vorgeschalteten Leistungsschalters eine Zeitverzögerung der unverzögerten Auslösefunktion
auf, die größer ist
als die Auslösezeit
des Auslösers
des nachgeschalteten Leistungsschalters.
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Diese
beiden Arten von Selektivität
sind bei sehr hohen Kurzschlussströmen nicht sehr effektiv, da
in beiden Leistungsschaltern Stromansprechwerte überschritten werden und eine
zu lange Zeitverzögerung
des Auslösers
zu einem vorzeitigen Verschleiß der
Kontakte des vorgeschalteten Leistungsschalters führen kann.
Um diese Nachteile zu vermeiden, werden Selektivauslöser mit
Einrichtungen ausgerüstet,
um die kurzschlussbedingten Rückprallvorgänge bzw.
Ein-/Ausschaltspiele der Kontakte zu zählen. Ein solcher Auslöser ist
insbesondere in der Europäischen
Patentanmeldung EP0128084 beschrieben. Eine andere Art der Ausführung der
Selektivität
ist in der Patentanmeldung EP0350824 beschrieben, die einen Auslöser nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angibt.
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Diese
Selektivauslöser
nach dem bisherigen Stand der Technik müssen in strombegrenzenden Leistungsschaltern
mit großen
Abmessungen eingesetzt werden, die in der Lage sind, eine hohe Anzahl von
Ein-/Ausschaltzyklen zu verkraften und so eine zuverlässige Selektivität in Bezug
auf die nachgeschalteten Leistungsschalter zu gewährleisten.
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Bei
Verwendung solcher Selektivauslöser
in normalen Leistungsschaltern geringer Baugröße besteht die Gefahr, dass
die Lebensdauer dieser Schalter herabgesetzt wird. Dieser Nachteil
ist im wesentlichen auf die zum Zählen der Rückprallvorgänge erforderliche Zeit zurückzuführen, die
mehrere Wechselstrom-Periodendauern umfassen kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Selektivauslöser mit
sehr hoher Selektivität
und sehr kurzer Ansprechzeit zu schaffen, der zudem in der Lage
ist, die Lebensdauer der Leistungsschalter zu erhöhen.
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Bei
einem erfindungsgemäßen, im
Patentanspruch l beschriebenen Auslöser umfassen die selektiven,
unverzögerten
Auslösemittel
- – an
den Strom-Messwertgeber angeschlossene, erste Detektiermittel zur
Erkennung eines Betriebsbereichs,
- – zweite
Detektiermittel zur Erkennung von Rückstößen, die Primärstromunterbrechungen
zwischen zwei Halbwellen eines Primärwechselstroms verursachen,
- – mit
den ersten und den zweiten Detektiermitteln verbundene Analysemittel,
die dazu dienen, das Absetzen eines Auslösebefehls zu verhindern, wenn
die Rückstöße bei Primärströmen erkannt werden,
die unter einem festgelegten Schwellwert liegen.
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Nach
einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung verhindern die Analysemittel
das Absetzen eines Auslösebefehls,
wenn die Rückstöße während eines
festgelegten Analyseintervalls erkannt werden.
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Die
ersten Detektiermittel umfassen vorzugsweise erste Vergleichsmittel
zum Vergleich der vom genannten Strom-Messwertgeber gelieferten
Signale mit einem festgelegten ersten Schwellwert sowie die Mittel
zur Bestimmung des Beginns des Analyseintervalls.
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Die
zweiten Detektiermittel umfassen vorteilhaft Mittel zur Detektion
von Signalen, die die Änderung
des Primärstroms über die
Zeit abbilden.
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Nach
einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung sind die Strom-Messwertgeber
als Magnetkreis-Stromwandler ausgebildet, die einen Sekundärstrom mit
Rückstöße abbildenden
Signalspitzen liefern, wobei die Primärströme abbildenden Signale dem
genannten Sekundärstrom
entsprechen.
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Die
zweiten Rückstoß-Detektiermittel
umfassen vorzugsweise Detektiermittel zur Erkennung von durch die
Messwertgeber gelieferten Signalspitzen, um die genannten Signalspitzen
während
des festgelegten Analyseintervalls zu detektieren.
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Die
Mittel zur Bestimmung des Beginns des festgelegten Analyseintervalls
umfassen vorteilhaft Detektiermittel zur Erkennung eines Nulldurchgangs oder
einer Nullnähe
von durch die Messwertgeber gelieferten Signalen.
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Nach
einer Weiterbildung einer besonderen Ausgestaltung umfassen die
zweiten Rückstoß-Detektiermittel Speichermittel
zur Speicherung des Auftretens und des Wertes einer von den Messwertgebern
gelieferten Signalspitze.
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Die
Analysemittel umfassen mit den Signalspitzen-Detektiermitteln verbundene
zweite Vergleichsmittel zum Vergleich des Wertes der Signalspitzen
mit einem festgelegten zweiten Schwellwert.
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Die
Vergleichsmittel vergleichen den Wert der von den Messwertgebern
gelieferten Signalspitzen vorzugsweise nach Ablauf des festgelegten
Analyseintervalls mit dem festgelegten zweiten Schwellwert.
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Die
Analysemittel verhindern beispielsweise das Absetzen eines Befehls
für eine
unverzögerte Auslösung, wenn
die erkannten Signalspitzen unter dem festgelegten zweiten Schwellwert
liegen.
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Das
festgelegte Analyseintervall ist vorzugsweise kleiner als zehn Millisekunden.
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Ein
erfindungsgemäßer Leistungsschalter umfasst
von Primärströmen durchflossene
Hauptkontakte, einen durch einen Auslösebefehl angesteuerten Ausschaltmechanismus
zur Abschaltung der genannten Kontakte sowie einen Auslöser nach
einer der genannten Ausgestaltungen, der den genannten Ausschaltmechanismus
mit einem Auslösebefehl
beaufschlagt.
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Ein
erfindungsgemäßes selektives
Auslöseverfahren
umfasst
- – einem
Schritt zur Messung eines Signals, das einen über einen zu schützenden
elektrischen Leiter fließenden
Primärstrom
abbildet, dadurch gekennzeichnet, dass es
- – einen
Schritt zum Vergleich des Messsignals mit einem festgelegten ersten
Schwellwert,
- – einen
Schritt zur Bestimmung des Beginns der Rückstoßerfassung,
- – eine
Detektierphase festgelegter Dauer zur Erfassung des Auftretens von
Rückstöße abbildenden
Signalen unter den Messsignalen sowie
- – einen
Analyseschritt umfasst, der dazu dient, die unverzögerte Auslösung zu
verhindern, wenn die Rückstöße abbildenden
Signale bei Primärströmen auftreten,
die unter einem festgelegten zweiten Schwellwert liegen.
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Nach
einer ersten Ausgestaltung umfasst das selektive Auslöseverfahren
- – einen
Schritt zur Messung eines Signals, das einen durch einen Strom-Messwertgeber
gelieferten Primärstrom
abbildet,
- – einen
Schritt zum Vergleich des genannten Messsignals mit einem festgelegten
ersten Schwellwert,
- – einen
Schritt zur Erkennung eines Nulldurchgangs oder einer Nullnähe des Messsignals,
- – eine
Detektierphase festgelegter Dauer zur Erkennung von Spitzen im genannten
Messsignal sowie einen Analyseschritt, der dazu dient, die unverzögerte Auslösung zu
verhindern, wenn die erfassten Signalspitzen unter einem festgelegten zweiten
Schwellwert liegen.
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Nach
einer zweiten Ausgestaltung des Verfahrens umfasst die Detektierphase
einen Schritt zum Vergleich der erfassten Signalspitzen, um vor Ablauf
der Detektierphase einen Auslösebefehl
abzusetzen, wenn die erfasste Signalspitze einen festgelegten dritten
Schwellwert überschreitet.
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Nach
einer dritten Ausgestaltung des Verfahrens umfasst die Detektierphase
einen Schritt zum Vergleich des genannten Messsigmals mit einem festgelegten
dritten Schwellwert, um vor Ablauf der Detektierphase einen Auslösebefehl
abzusetzen, wenn keine Signalspitze erfasst wird und wenn das genannte
Messsignal einen festgelegten vierten Schwellwert überschreitet.
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Mehrere
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen beispielhaft
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer
Vorteile und Merkmale näher
erläutert.
Dabei zeigen
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1 das
Blockschaltbild eines Leistungsschalters mit einem Auslöser bekannter
Bauart;
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2 ein
Blockschaltbild einer elektrischen Installation mit Leistungsschaltern,
die mit Selektivauslösern
ausgerüstet
werden können;
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3 Betriebsbereiche
von Leistungsschaltern gemäß 2;
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4 ein
erstes Blockschaltbild einer selektiven Auslöseeinrichtung für einen
erfindungsgemäßen Auslöser;
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5 Kurven
mit Darstellung der Kontaktrückprallwirkungen
auf einen Primärstrom
und auf ein von einem Strom-Messwertgeber geliefertes Signal;
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6 ein
Ablaufdiagramm, das ein erstes erfindungsgemäßes Auslöseverfahren abbildet;
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7 und 8 Kurven
gleichgerichteter Signale, die von in einem vorgeschalteten Leistungsschalter
angeordneten Strom-Messwertgebern geliefert werden, wenn Kurzschlüsse auf
der Abgangsseite des genannten vorgeschalteten Leistungsschalters
oder von zwei in Reihe geschalteten Leistungsschaltern bei einem
ersten bzw. zweiten Stromwert auftreten.
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9 ein
zweites Blockschaltbild einer selektiven Auslöseeinrichtung für einen
erfindungsgemäßen Auslöser mit
Magnetkreis-Stromwandlern;
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10, 11 und 12 ein
zweites, drittes bzw. viertes Ablaufdiagramm, die jeweils erfindungsgemäße Auslöseverfahren
abbilden.
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Bei
einem Leistungsschalter bekannter Bauart gemäß 1 umfasst
ein elektronischer Auslöser eine
Verarbeitungseinheit 1, die mit Strom-Messwertgebern 2a, 2b, 2c verbunden
ist, welche Signale Isa, Isb und Isc liefern, die über die
Hauptleiter 3a, 3b und 3c fließende Primärströme Ipa,
Ipb und Ipc abbilden. Die Verarbeitungseinheit liefert einen Auslösebefehl an
einen Ausschaltmechanismus 4 zur Abschaltung der Hauptkontakte 5 und
Unterbrechung der Primärströme in den
Hauptleitern.
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Normalerweise
umfasst die Verarbeitungseinheit eine Strommessschaltung 6,
die mit den die Primärströme abbildenden
Signalen Isa, Isb und Isc beaufschlagt wird, sowie eine elektronische
Schaltung 7 zur Ausführung
der Auslösefunktionen,
die mit der genannten Messschaltung und mit dem Mechanismus 4 verbunden
ist. Diese Auslösefunktionen sind
auf bekannte Weise als thermische bzw. langzeitverzögerte Auslösung, als
magnetische bzw. kurzzeitverzögerte
Auslösung
sowie als unverzögerte
Auslösung
ausgebildet. Die Schaltung 7 liefert einen Auslösebefehl,
wenn Ströme über festgelegte Zeitdauern
bestimmte Schwellwerte überschreiten.
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Bei
Auslösern,
die dazu dienen, eine gute Selektivität zu gewährleisten, umfasst die Verarbeitungseinheit
eine selektive Auslöseschaltung 8,
die mit der Messschaltung 6 verbunden ist und in Abhängigkeit
von den ihr zugeführten
Primärströmen das Absetzen
eines Auslösebefehls
bewirkt oder verhindert.
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Auslöseschaltungen
bekannter Art zählen die
Anzahl der Impulse oder Rückprallvorgänge aufgrund
der Ein-/Ausschalthandlungen der Kontakte 5. Diese Schaltungen 8 sind
besonders für
strombegrenzende Leistungsschalter mit großen Abmessungen ausgelegt.
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2 zeigt
eine Installation mit Leistungsschaltern, die kaskadenförmig angeordnet
sind und ein selektives Ansprechverhalten aufweisen müssen. Ein
erster vorgeschalteter Leistungsschalter 10 mit einer selektiven
Auslöseschaltung 8 ist
an eine Hauptleitung 9 angeschlossen und speist eine Unterverteilungsleitung 11,
an die zwei nachgeschaltete Leistungsschalter 12 und 13 angeschlossen
sind.
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Bei
Auftreten eines Kurzschlusses in der über einen der nachgeschalteten
Leistungsschalter, beispielsweise den Leistungsschalter 12,
gespeisten Leitung 14 erkennt der Leistungsschalter 10 den
Fehler, darf jedoch nicht sofort auslösen. In diesem Fall spricht
der, den Fehler ebenfalls erkennende, nachgeschaltete Leistungsschalter 12 an
und schaltet den Kurzschlussstrom ab. Der Leistungsschalter 10 erkennt
daher keinen Fehler mehr, löst
nicht aus und speist weiterhin die übrigen Leistungsschalter oder Geräte, insbesondere
den Leistungsschalter 13.
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Ein
in der direkt über
den vorgeschalteten Leistungsschalter 10 gespeisten Leitung 11 auftretender
Kurzschluss wird ausschließlich
von diesem Leistungsschalter 10 erfasst. In diesem Fall
zählt eine
unverzögerte
Auslöseeinrichtung
bekannter Art die Rückprallvorgänge oder
setzt eine Zeitverzögerung
der Auslösung
in Gang, um die Selektivität
zu gewährleisten.
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In
einem Auslöser
nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die unverzögerte Auslöseeinrichtung
in der Lage, schnell zwischen Kurzschlüssen in den direkt über den
Leistungsschalter 10 gespeisten Leitungen 11 und
solchen in den, über
mindestens einen der beiden in Reihe geschalteten Leistungsschalter 10 und 12 gespeisten
Leitungen 14 zu unterscheiden.
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In 3 sind
zwei Kurven dargestellt, die das Verhalten von zwei Leistungsschaltern
unterschiedlicher Nenngröße in Abhängigkeit
von Primärstrombereichen
zeigen. Eine erste Kurve 15 betrifft einen vorgeschalteten
Leistungsschalter 10 mit hohem Nennstrom, und eine zweite
Kurve 16 betrifft einen nachgeschalteten Leistungsschalter
mit niedrigerem Nennstrom.
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Im
vorgeschalteten Leistungsschalter 10 bewirkt der Primärstrom Ip,
dessen Höhe
in einem ersten Betriebsbereich 17a unter einem ersten
Wert Ip1a liegt, kein Rückstoßen der
Kontakte 5 des genannten Leistungsschalters. In einem zweiten
Bereich 18a zwischen dem ersten Stromwert und einem zweiten
Stromwert Ip2a erfolgt ein Rückstoßen der Kontakte 5,
wodurch jedoch der Primärstrom
nicht wesentlich beeinträchtigt
wird. Zwischen dem zweiten Stromwert Ip2a und einem dritten Stromwert
Ip3a entsprechend einem dritten Bereich 19a beeinträchtigen
die Kontaktrückstöße den Primärstrom und
unterbrechen diesen, insbesondere am Ende einer halben Periodendauer.
Oberhalb des dritten, sehr hohen Stromwerts Ip3a ist in einem vierten
Betriebsbereich 20a eine unverzügliche Auslösung erforderlich, da ein Kurzschluss
sehr nah am Ausgang des vorgeschalteten Leistungsschalters auftritt.
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Der
nachgeschaltete Leistungsschalter weist die gleichen Betriebsbereiche 17b, 18b, 19b und 20b auf,
jedoch mit den gleichen Wirkungen bei niedrigeren Stromwerten. Diese
Stromwerte entsprechen dem ersten Stromwert Ip1b, dem zweiten Stromwert Ip2b
und dem dritten Stromwert Ip3b.
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Zur
Gewährleistung
der Selektivität
umfasst eine unverzögerte
Auslöseschaltung 8 nach
einer Ausgestaltung der Erfindung Mittel zur Erkennung von Kontaktrückstößen im vorgeschalteten
Leistungsschalter 10 bzw. an den Kontakten des mit dem Leistungsschalter 10 in
Reihe liegenden, nachgeschalteten Leistungsschalters 12.
Die Mittel zur Erkennung der Rückstöße analysieren
ein, den Primärstrom
Ip abbildendes Signal Is und detektieren im genannten Signal Is
Kontaktrückstöße abbildende
Signale oder Signalformen. Darüber
hinaus werden die Signale bzw. Signalformen analysiert, um zu bestimmen,
um welche Rückstöße es sich
handelt und aus welchem Betriebsbereich sie stammen.
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Bei
der Ausgestaltung gemäß 4 umfasst eine
erfindungsgemäße selektive
Auslöseeinheit 8 eine
Betriebsbereichs-Detektierschaltung 21 sowie eine Detektierschaltung 22 zur
Erkennung von Rückstößen, die
den Primärstrom
vor dem Ende der Halbwelle oder halben Periodendauer des genannten
Primärstroms
unterbrechen. Die beiden Detektierschaltungen sind mit einem Strom-Messwertgeber 2 verbunden
und empfangen ein Signal Is, das einen Primärstrom Ip abbildet. Eine mit
den beiden Detektierschaltungen verbundene Analyseschaltung 23 verhindert
die unverzögerte
Auslösung
des vorgeschalteten Leistungsschalters. Zur Detektion des Betriebsbereichs
vergleicht die Detektierschaltung 21 das Signal Is mit
einem Schwellwert Sp, der den zweiten Stromwert Ip2a abbildet.
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Die
Rückstöße zeigen
sich in den dritten Betriebsbereichen durch Abflachungen des Stroms
zwischen zwei Primärstromspitzen.
Diese Abflachungen können
direkt durch Analyse des Signals Is oder mit Hilfe von Differenzierschaltungen
detektiert werden.
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Die
Verwendung von Strom-Messwertgebern mit Magnetkreis kann die Rückstoßerkennung erleichtern,
insbesondere wenn sich der Magnetkreis in den Betriebsbereichen
zu sättigen beginnt,
in denen die Rückstöße erzeugt
werden. 5 zeigt die Form eines Signals
Is, das einen Sekundärstrom
eines von einem Primärstrom
Ip durchflossenen Strom-Messwertgebers abbildet. In diesem Fall
ist der Strom-Messwertgeber vorzugsweise ein Stromwandler.
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Der
Rückstoß der Kontakte 5 begrenzt
den Strom Ip und unterbricht ihn anschließend zu einem Zeitpunkt t1
vor dem Ende der Halbwelle bzw. der halben Periodendauer zu einem
Zeitpunkt t2. Da der Primärstrom
hoch ist, sättigt
sich der Magnetkreis des Stromwandlers und beginnt wie ein Differenzierglied
zu wirken. Dies führt
dazu, dass der Sekundärstrom
Is dem Strom Ip vorauseilt. Zum Zeitpunkt t1 wird der Strom Ip unterbrochen,
und die Richtung des Sekundärstroms
kehrt sich um, was eine Stromspitze zur Folge hat. Diese einen Rückstoß abbildende
Spitze kann von den Detektier- und Analyseschaltungen verwendet
werden. Auf diese Weise kann die Kombination aus vorauseilender
Phasenlage des Messwertgebersignals und Rückstoßwirkungen zur Erzeugung einer
Spitze im Signal Is genutzt werden, die die genannten Rückstöße abbildet.
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Diese
Spitze wird innerhalb eines festgelegten Zeitintervalls erzeugt,
in dem ein Rückstoß auftreten
kann.
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In
einem in 6 dargestellten Verfahren zur Anwendung
der Erfindung besteht ein erster Schritt 25 in der Messung
eines den Strom Ip abbildenden Signals. In einem anschließenden zweiten
Schritt 26 wird das Signal mit einem ersten Schwellwert
Sp verglichen, um den Betriebsbereich zu bestimmen. In einem Schritt 27 wird
ein Anfangszeitpunkt für
die Beobachtung der Rückstöße festgelegt.
Wenn die Messwertgeber ein Differentialverhalten aufweisen oder
einen Phasenvorlauf erzeugen, wird der Beginn der Beobachtung vorzugsweise
durch den Nullgang des Messsignals ausgelöst. Ist das Signal beispielsweise
ein gleichgerichtetes Signal, kann die Beobachtungszeit in Gang
gesetzt werden, wenn das genannte Signal in Nullnähe gelangt.
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Bei
Verwendung solcher Messwertgeber geht der Nulldurchgang dem Zeitpunkt
der Rückstöße voraus.
Anschließend
können
die Rückstöße zwischen
den Schritten 28 und 30, die den Beginn bzw. das
Ende des Beobachtungsfensters markieren, in einem Schritt 29 detektiert
werden.
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Die Öffnungsdauer
des Beobachtungsfensters ist vorzugsweise kürzer als zehn Millisekunden und
beträgt
beispielsweise zwischen 5 und 8 ms.
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Nach
der Beobachtungszeit kann in einem Analyseschritt 31 die
Auslösung
verhindert werden, wenn die Rückstöße bei einem
Strom detektiert wurden, der unter einem zweiten Schwellwert Sr
liegt. Im anderen Fall wird die Auslösung in einem Schritt 32 freigegeben.
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Die 7 und 8 zeigen
von den unverzögerten
Auslöseeinrichtungen
in Auslösern
nach einer Ausgestaltung der Erfindung aufgenommenen Signale. Die
Signale sind als Absolutwerte bzw. als gleichgerichtete Werte, insbesondere
für eine
Messschaltung 6 dargestellt.
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Eine
erste Kurve 33 in 7 zeigt
den Verlauf eines Signals Is, das einen Strom Ip abbildet, wenn
ein Kurzschluss auf der Abgangsseite des vorgeschalteten Leistungsschalters 10,
beispielsweise in der Leitung 11 auftritt. Wenn das Signal
Is (Kurve 33) den Schwellwert S1 überschreitet, wartet die Auslöseeinrichtung 8 ab,
bis das Signal Is seinen Nulldurchgang passiert oder in Nullnähe gelangt, was
zum Zeitpunkt t3 der Fall ist.
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Anschließend überprüft sie während eines Analyseintervalls
Ta, ob das Signal Is Rückstöße abbildende
Signale enthält.
Dabei prüft
sie im Verlauf des Intervalls Ta das Vorhandensein von Signalspitzen
und stellt zum Zeitpunkt t4 fest, ob Signalspitzen vorhanden sind
oder nicht. Da diese Kurve 33 keine Signalspitzen enthält, lagen
keine durch einen nachgeschalteten Leistungsschalter verursachten
Rückstöße vor,
so dass die unverzögerte
Auslösung
nicht verhindert wird, da nur der vorgeschaltete Leistungsschalter
von diesem Kurzschluss betroffen ist.
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Eine
zweite Kurve 34 in 7 zeigt
den Verlauf eines Signals Is, das einen Strom Ip abbildet, wenn
ein Kurzschluss auf der Abgangsseite eines nachgeschalteten Leistungsschalters,
beispielsweise in der Leitung 14 auftritt. Auch in diesem
Fall überschreitet
das Signal Is den Schwellwert S1, so dass der dritte und der vierte
Betriebsbereich detektiert werden. Anschließend passiert das Signal zum
Zeitpunkt t5 den Nulldurchgang oder gelangt in Nullnähe, und
ein Intervall Ta entsprechend einem Beobachtungsfenster wird in
Gang gesetzt. Während
dieser Zeit prüft
eine Detektierschaltung 22 das Vorhandensein von Signalspitzen.
In dieser Kurve tritt eine Signalspitze 35 zum Zeitpunkt
t6 auf. Die Signalspitze wird anschließend zum Zeitpunkt t7, am Ende
der Beobachtungsintervalls analysiert. Liegt die Spitze unter einem
zweiten Schwellwert S2, bedeutet dies, dass der Rückstoss
an einem nachgeschalteten Leistungsschalter aufgetreten ist. Dieser
nachgeschaltete Leistungsschalter spricht daher an und öffnet seine
Kontakte, um den Kurzschluss abzuschalten. In diesem Fall verhindert
die selektive Auslöseeinrichtung
das Ansprechen des vorgeschalteten Leistungsschalters, um dem nachgeschalteten
Leistungsschalter genügend
Zeit zum Öffnen
seiner Kontakte und zur Abschaltung des Kurzschlusses zu geben.
Auf diese Weise ist die Selektivität gewährleistet.
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In
dieser Kurve 34 ist die Signalspitze kleiner, da der Rückstoß des nachgeschalteten
Leistungsschalters bei Strömen
Ip erfolgt, die unter den Strömen
des vorgeschalteten Leistungsschalters liegen. Auch bei zwei in
Reihe geschalteten Leistungsschaltern und an beiden auftretenden
Rückstößen ist
der begrenzte Strom kleiner und die Signalspitze liegt unter dem
Schwellwert S2.
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8 zeigt
eine dritte Kurve 36 des Signals Is, das einen sehr hohen
Kurzschlussstrom Ip abbildet, der auf der Abgangsseite des vorgeschalteten Leistungsschalters 10,
beispielsweise in der Leitung 11 auftritt. Wie bei den
anderen Kurven überschreitet das
Signal Is den Schwellwert S1 und hat zum Zeitpunkt t8 seinen Nulldurchgang.
Anschließend
erfolgt innerhalb eines Zeitfensters mit dem Analyseintervall Ta
eine Prüfung
auf das Auftreten von Signalspitzen. Hier wird eine Spitze zum Zeitpunkt
t9 erkannt. Der Wert dieser Signalspitze kann gespeichert und anschließend am
Ende des Intervalls Ta des Analysefensters verarbeitet werden. Da
diese Spitze über dem
zweiten Schwellwert S2 liegt, muss die Auslösung nicht unterdrückt werden,
denn nur der vorgeschaltete Leistungsschalter arbeitet in seinem
dritten Betriebsbereich. Die Signalspitze hoher Amplitude bildet
Rückstöße der Kontakte
des vorgeschalteten Leistungsschalters ab.
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Nach
einer anderen Ausgestaltung ist es auch möglich, die Amplitude der Signalspitzen
während
des Analyseintervalls Ta zu erfassen. In diesem Fall kann bei einer
Signalspitze oberhalb des Schwellwerts S2 die Auslösung vor
dem Ende des Analyseintervalls bewirkt werden, um die Abschaltung
des vorgeschalteten Leistungsschalters zu beschleunigen.
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9 zeigt
eine selektive, unverzögerte Auslöseeinrichtung
für einen
erfindungsgemäßen Auslöser. Die
Einrichtung ist insbesondere für
Auslöser
mit Magnetkreis-Messgeber wie z.B. Stromwandler ausgelegt. Die Messschaltung 6 empfängt ein vom
Messwertgeber geliefertes Signal und liefert ein Signal Is, das
den Strom des Messwertgebers bzw. den Primärstrom Ip abbildet.
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Das
Signal wird in einer ersten Detektierschaltung 38 mit einem
ersten Schwellwert S1 verglichen, und anschließend steuert die Schaltung 38 eine
Detektierschaltung 39 zur Erfassung des Stromnulldurchgangs
an. Beim Nulldurchgang des an die Schaltung 39 gelieferten
Signals Is aktiviert die Schaltung eine Verzögerungsschaltung 40,
die ihrerseits eine Detektierschaltung 41 zur Erfassung
von Signalspitzen während
des Intervalls Ta ansteuert. Das Intervall Ta beträgt vorzugsweise
10 ms. Die Detektierschaltung empfängt außerdem das Signal Is und erkennt
das Auftreten von Signalspitzen. Wird eine Signalspitze detektiert,
erfolgt ihre Speicherung in einer mit der Schaltung 41 verbundenen
Speicherschaltung 42. Am Ende des Analyseintervalls vergleicht
eine mit den Schaltungen 40 und 42 verbundene
Analyseschaltung den Wert der Signalspitze mit dem Schwellwert S2.
Liegt die Spitze unter dem Schwellwert S2, wird die unverzögerte Auslösung verhindert.
Die Schaltung 43 kann auch erkennen, ob die Signalspitze über dem
Schwellwert S2 liegt, und vor Ablauf des Intervalls Ta einen Auslösebefehl
absetzen.
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Die
Signalspitzen-Detektierschaltung erkennt aufeinander folgende ansteigende
und abfallende Flanken des Signals.
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Die
in den 4 bis 9 gezeigten Schaltungen können als
analoge, digitale oder analog-digitale
Schaltungen ausgebildet sein. Sie können als auch als Funktionen
oder Sequenzen in Mikroprozessorschaltungen integriert sein. Diese
Funktionen können
getrennt ausgeführt
oder mit anderen Auslösefunktionen
kombiniert sein. Bei diesen Ausgestaltungen werden die Signale Is
vorzugsweise als Abtastsignale erfasst.
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Das
in 10 dargestellte Ablaufdiagramm zeigt ein selektives,
unverzögertes
Auslöseverfahren.
Das Verfahren umfasst einen ersten Schritt 44 zum Vergleich
des Signals Is mit einem ersten Schwellwert S1. Liegt das Signal über S1,
erfolgt im anschließenden
Schritt 45 die Detektion des Nulldurchgangs des genannten
Signals Is. Der Nulldurchgang betrifft auch Werte in Nullnähe, insbesondere
wenn es sich um ein gleichgerichtetes Signal handelt.
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Nach
der Erfassung des Nulldurchgangs beginnt eine Detektierphase mit
einem Schritt 46, der eine Analysefenster öffnet. Während des
Offnungsintervalls Ta des Analysefensters wird in einem Schritt 47 das
Vorhandensein von Signalspitzen geprüft und in einem Schritt 48 der
Wert der erkannten Signalspitzen gespeichert. In einem Schritt 49 wird
das Ende des Öffnungsintervalls
des Analysefensters sowie der Detektierphase erkannt. Anschließend wird
in einem Schritt 50 die Auslösung verhindert, wenn die erfasste
Signalspitze unter dem zweiten Schwellwert S2 liegt; andernfalls
wird die Auslösung
in einem Schritt 51 freigegeben.
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Die 11 und 12 zeigen
Varianten des Ablaufdiagramms aus 10.
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Gemäß dem Ablaufdiagramm
in 11 umfasst ein unverzögertes Auslöseverfahren im Anschluss an
den Detektierschritt 48 bzw. den Speicherschritt 49 einen
zusätzlichen
Vergleichsschritt 52. Dieser Schritt 52 dient
dazu, eine erfasste Signalspitze mit einem Schwellwert S3 zu vergleichen
und in einem Schritt 51 eine Auslösung zu bewirken, wenn der
Wert der Spitze über
dem genannten Schwellwert S3 liegt.
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Gemäß dem Ablaufdiagramm
in 12 umfasst ein unverzögertes Auslöseverfahren im Anschluss an
den Detektierschritt 48 bzw. den Speicherschritt 49 einen
zusätzlichen
Vergleichsschritt 53. Dieser Schritt 52 dient
dazu, das Messsignal mit einem Schwellwert S4 zu vergleichen und
in einem Schritt 51 eine Auslösung zu bewirken, wenn keine Signalspitze
erkannt wurde und wenn der Wert des genannten Messsignals den genannten
Schwellwert S4 überschreitet.
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Die
Schwellwerte S2, S3 und S4 weisen vorzugsweise den gleichen Wert
auf, es können
jedoch auch unterschiedliche Werte geeignet sein.
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Die
erfindungsgemäßen Auslöser mit
selektiven, unverzögerten
Auslöseinrichtungen
sind vorzugsweise in Leistungsschalter integriert, die dazu dienen,
auf der Einspeiseseite anderer Leistungsschalter installiert zu
werden. Die Leistungsschalter mit solchen Auslösern sind nicht notwendigerweise strombegrenzende
Leistungsschalter mit großen
Abmessungen.
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Obwohl
die Strom-Messwertgeber vorzugsweise als Magnetkreis-Stromwandler
ausgebildet sind, können
erfindungsgemäße Auslöser auch
andere Messwertgeber wie Hallgeneratoren, magnetfeldabhängige Widerstände oder
Rogowskispulen umfassen.
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In
den selektiven, unverzögerten
Auslöseeinrichtungen
können
anstelle von Signalspitzen auch andere Signale detektiert werden,
um das Auftreten von Rückstößen oder
Stromabflachungen im Primärstrom
Ip nachzuweisen.